热处理技术在石油化工压力容器中的应用研究

田艳龙 王星亚 张芳

摘 要：石化工业当中，压力容器属于非常重要的设备。石化压力容器所用的材料，其性能和石化产业能不能稳定、安全生产有直接关系，决定着石化企业最后获得的生产效益。热处理技术，能够改善石化压力容器的材料性能，本文将以石化压力容器为研究对象，使用热处理技术，提出合理的使用方法。

关键词：热处理;石油化工;压力容器

前言：石化行业在我国的经济建设中意义重大，石化行业中压力容器属于非常重要的设备，是特种设备的一种。石化企业所用的压力容器是否安全，关系到石化企业能不能顺利完成生产。石化企业的压力容器本身处于复杂的作业环境，所以其基体材料很容易在外界环境作用下，发生腐蚀问题。容器焊缝是断裂问题频现的区域。所以石化工业在发展中，压力容器需要根据环境、材料情况合理使用热处理工艺，做好操作流程管理，减少压力容器中的残余内应力，保障材料机械性达标，提高石化压力容器稳定性与寿命，规避各种安全事故问题。

1 热处理技术概念与意义

所谓的热处理技术，说的是在某种介质中放置金属材料，随后对其进行冷却、保温与加工处理，用于改善金属材料的成分、表面结构、内部结构，改善材料的机械性能，是内部残余应力的常见消除方法。石化压力容器生产加工的时候，焊接、折弯等工艺，都有可能会在基体中出现残余内应力。残余内应力会降低金属材料抗疲劳能力与材料强度，引起应力腐蚀、材料脆性断裂情况。基体断裂是残余内应力所引起的[1]。比如生产过程中，高强度钢材料如果您已出现氢脆情况，为防止出现氢脆问题，需要使用脱氢技术。脱氢技术是热处理工艺的一种。除此之外，残余内应力也是零件变形的重要诱因，容易导致零部件尺寸精度受到影响。在金属零部件的加工中，热处理技术是非常重要的。

2 热处理技术加工工艺分析

按照热处理技术目标，能够将技术分成预先热处理、最终热处理两种类型。其中的预先热处理，说的是消除上一道工序缺陷，从而在后面工序的加工步骤中使用而设置热处理。而最终热处理，说的是将保障零件使用性能为前提准备的热处理技术。按照热处理技术性质，技术能够分成普通、形变以及化学三种热处理形式[2]。普通热处理，只能改变金属组织结构和外形。形变热处理，充分结合了热处理强化与材料形变强化。不难看出，普通与形变这两种热处理工艺，追求的都是对材料成分进行改变。化学热处理实现了对材料组织结构与成分改变。

目前，热处理技术的常见手段包括回火、退火、淬火以及正火。以上几种热处理工艺，其本质是以可控条件为前提，加热、保温与冷却金属材料，精准控制上述三种工艺，能够提高石化压力容器的稳定性与机械性能。热处理的加热，使用的是电热法与内燃法。也就是说，在特定温度条件下，金属材料被加热，达到特定温度以后，需要使用保温技术，使金属材料温度维持在特定的指标。该过程中，金属材料的残余内应力、硬度、材料强度、组织结构全都发生变化。保温时间到了以后，及时冷却材料。即此时金属材料冷却的速度，和材料组织结构、机械性能有直接关系，决定着最后机械设备是否稳定。

3 石化压力容器中的热处理技术使用分析

3.1焊接前预热

在金属材料温度达到特定温度以后，对材料进行与热处理。在高温环境中，基体材料组织结构发生了很大的变化，在特定程度上，减少了金属材料硬度与强度，能够改善金属材料焊接性。

石化工业中的压力容器，在焊接之前必须预热，预热一共有下面三个作用。首先，预热材料以后，能够控制焊接以后的材料冷却速度，让基体材料中的氢开始脱离，能够防止氢断裂情况。在预热操作中，焊后冷却速度得到了很好的控制，防止了焊缝金属氢溢出，防止了氢致裂纹的出现，能够降低焊接部位淬硬强度，提高焊接部位抗裂性。在局部均匀加热或是整体均匀加入中，焊接部位和周围部位温差得到了很好的控制，能够减少焊接中的应力大小。在预热中，焊接的应变速率得到了很好的控制，可以避免焊接裂纹的出现。在预热中，焊接的基体拘束度得到控制，在特定范围中，提高了余熱温度，能够防止裂纹情况发生。石化压力容器的焊接，需要考虑焊条化学成分以及基体材料情况，根据焊接方式、焊接刚性情况，确定层间温度与预热温度。

3.2焊接后热处理

完成石化压力容器焊接以后，之所以进行热处理，为的是：首先能够去除材料中的氢。焊接完金属材料以后，焊接部位的温度如果仍旧在100摄氏度以上，那么低温热处理材料，就能加快焊接部位以及热影响区的氢脱离速度，能够防止低合金钢一类的石化压力容器材料出现氢脆情况，避免焊接部位裂纹现象发生。其次能够消除焊接中引发的残余内应力。焊接期间，材料因为快速升温与冷却，内部就容易出现不均匀内应力。此外石化压力容器的焊接，外界和本身拘束，引起了内应力现象。通过焊接的方式，就能消除残余内应力。最后能够改善材料力学性能。在石化系统中，石化压力容器大多使用合金钢材料焊接的接头，焊接以后组织结构出现变化，会有一些淬硬组织，对金属材料机械性能造成很大的破坏。焊接后的热处理，能够降低材料硬度，可以实现焊接部位热性与塑性的改善，赋予了材料更出众的力学性能，并且有效提高了石化压力容器组织结构稳定性与尺寸精度、稳定性。石化压力容器结构件，如果使用的是普通材料，那么结束焊接以后，只需要去应力退火热处理就行。高碳钢结构件、中碳钢结构件、补焊件、不同材料焊接件一般要用均匀化基体材料组织的方法，使其成分更加均匀，这样才能消除焊接内应力。

3.3特殊化学热处理

石化压力容器是由各种各样零部件组成的，不同零部件有着不同的功能和作用。不同零部件的机械性能侧重点大不相同。石化压力容器的生产期间，对零部件有着许多要求。首先零部件必须有足够的耐磨性。常规钢材料零件，一般通过渗碳淬火的方法，零部件的表面能够形成高碳马氏体硬化表层。合金钢零件一般用渗氮法，从而在零部件的表面生成合金氮化物弥散硬化表层。以上两种手段，是零部件表明硬度提升技术中，效果十分明显的，能够让硬度达到HRC60级别。其次，有些零部件耐疲劳强度要求比较高，使用渗氮和渗碳两种热处理手段，都会让钢件表面出现很多残余内应力，提高零件疲劳强度。最后有些零部件，抗高温氧化性、抗腐蚀性比较好，渗氮热处理手段，是提高零部件抗腐蚀能力的重要手段。钢件的表面渗透适量的铬、铝、硅以后，零部件的表面就会生成致密其稳定的氧化膜，能够提高零部件的抗腐蚀性与抗高温、抗氧化能力。热化学处理这项技术的应用，让石化压力容器的零部件既能拥有良好的基体韧性，同时也能提高零部件的机械性能，让零部件拥有良好的使用效果。

结语：在石化行业中，安全生产是基本要求。石化生产中，压力容器是很重要的设备，压力容器稳定性、安全性必须符合规定，而这势必会对材料机械性提出很高要求。在石化压力容器的生产和制造中，热处理技术作用突出，能够改变压力容器的材料性能。石化压力容器生产制造环节，利用热处理技术消除材料残余内应力，优化材料组织结构，可以提高材料机械性与综合性，保障了材料的抗疲劳、抗腐蚀、抗氧化能力。石化压力容器在热处理以后，可靠性、安全性得到显著提高。

参考文献：

[1]徐俊峰，杨龙，张丹丹.压力容器和压力管道的安全管理解析[J].化工管理，2020，{4}（03）：72-73.

[2]陈旭，马文江.压力容器在石油化工行业设计中的相关技术[J].装备维修技术，2020，{4}（01）：16.